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Le cadmium
Le cadmium est un métal peu répandu à l’état naturel et présent à l’état d’impuretés dans divers minerais, notamment le zinc, le plomb et le cuivre. Son nom a pour origine cadmia en latin et kadmeia en grec. Il fut découvert à partir de la calamine en 1817 par le chimiste Allemand Friedrich Stromeyer à Thèbes en Grèce, ville fondée par Kadmos.
Les minéraux les plus importants contenant du cadmium sont la greenockite (CdS), très souvent associée à la sphalérite (ZnS), et l’otavite (CdCO3). Son exploitation industrielle a réellement pris de l’ampleur à partir du début du XXème siècle (ATSDR, 1999).
Le cadmium est utilisé dans des batteries, accumulateurs ou piles électriques alcalines (80%) et dans des pigments de peintures ou de matières plastiques (10%), dans les procédés par dépôt électrolytique ou par trempage (cadmiage) sur des métaux ou pour réduire les points de fusion (baguettes de soudure…) (Järup, 2002). Le cadmium est une substance toxique cumulative dont la demi-vie dans l’organisme est d’environ 20 à 40 ans.
Il est principalement stocké dans le foie et les reins. L’inhalation de fumées d’oxyde de cadmium est à l’origine de fièvres d’inhalation ou de pneumopathies chimiques.
L’intoxication chronique au cadmium provoque principalement une tubulopathie rénale et pourrait être à l’origine d’une ostéomalacie et d’une ostéoporose diffuse. Il est classé comme agent cancérogène certain pour l’Homme par le CIRC (Waalkes, 2003). L’indice biologique d’exposition le plus pertinent est la cadmiurie.
Cancérogénicité et génotoxicité du cadmium
La lutte contre le cancer est l’axe de recherche biomédical le plus important des dernières années. Il existe plusieurs types de mécanismes impliqués dans la cancérogenèse Cd-induite. L’exposition au Cd a été associée aux cancers de poumons, de la prostate, du pancréas, du foie et des reins (Verougstraete et al., 2002; Waisberg et al., 2003 ; Nawrot et al., 2006). Il a été classé comme cancérogène de type I par l’Agence Internationale pour la Recherche sur le Cancer (IARC). Les mécanismes de cancérisation sont principalement indirects. Plusieurs études ont montré que le Cd ne peut se lier à l’ADN que dans des expériences in vitro. In vivo, le Cd a une affinité beaucoup plus grande pour d’autres molécules comme les métallothionéines (Goering et al., 1993; Klaassen et al., 1999; Waalkes, 2003). Les ERO générés par le Cd interviennent non seulement dans toutes les phases du développement d’un cancer mais aussi dans l’induction de certains proto-oncogènes. D’autre part, l’exposition aux ERO favorise les dommages des bases de l’ADN dont la guanine oxydée en 8-OHdG .L’anion superoxyde et le système xanthine/xanthine oxydase qui le produit sont des promoteurs de la transformation néoplasique des cellules initiées. De nombreux polluants, incriminés dans la cancérogenèse, génèrent des ERO (Pryor ,1992) ; y compris le Cd.
Radicaux libres générés par le cadmium
Les effets toxiques du Cd sont essentiellement indirects. Ce métal lourd non oxydoréducteur en milieu biologique provoquerait la diminution des taux cellulaires des principaux systèmes antioxydants . Des expositions courtes au Cd semblent inhiber les enzymes de stress comme la SOD (Stohs and Bagchi, 1995), la CAT et la GSH-Px (Szuster- Ciesielska et al. 2000). Par contre des expositions prolongées entraînent une augmentation des activités de certaines enzymes (Potts et al., 2001; Waisberg et al., 2003) et de l’expression de certaines protéines comme les métallothionéines, probablement à cause d’une adaptation suite à l’induction des gènes codant pour ces molécules. L’autre possibilité expliquant l’augmentation des ERO en présence de cadmium correspond au déplacement des métaux constituant la structure des SODs (Filipic et al., 2006; Huang et al., 2006). Ces altérations des molécules antioxydantes et de l’homéostasie des métaux physiologiques comme le calcium, le fer, le cuivre et le zinc (Predki and Sarkar, 1994 ; Aramini et al., 1995) peuvent se traduire par une démétallation des protéines, une altération des fonctions cellulaires faisant intervenir des thiols réactifs (antioxydants, oxydoréductases, protéines fer-soufre, signalisation redox basée sur des thiols réactifs), une interférence dans la signalisation dépendante du calcium.
L’impact du Cd sur toutes ces cibles peut entraîner l’augmentation de la quantité d’espèces réactives de l’oxygène (ERO) tels que les radicaux hydroxyle, superoxyde, ou le peroxyde d’hydrogène (O’Brien and Salacinski 1998; Galan et al., 2001; Stohs et al., 2001; Waisberg et al., 2003 ; Fotakis et al., 2005; Oh et al., 2006) (figures 02 et 03). Les ERO vont engendrer une situation de stress oxydant dans la cellule et donc des dommages oxydatifs au niveau des macromolécules biologiques (peroxydation lipidique, lésions de l’ADN, modifications oxydatives des protéines) (Figueiredo-Pereira et al., 1998; Youngs et al., 2000 ; Ercal et al., 2001; Hengstler et al., 2003;Hansen et al., 2006; Lopez et al., 2006; Hansen et al., 2007).
Gichner et al. (2004) ont démontré qu’aux faibles concentrations de Cd, les lésions induites sur l’ADN sont liées préférentiellement aux mécanismes indirects. Certains auteurs ont démontré que le Cd peut interférer avec la chaîne respiratoire de la mitochondrie et induire les ERO. En effet, il s’intercale entre la semi-ubiquinone et le cytochrome b du complexe III de la chaîne respiratoire. La semi-ubiquinone devient instable et transfère un électron à la molécule d’oxygène pour former l’anion superoxyde (Wang et al., 2004).
Définition du stress oxydant
Lorsque l’un des systèmes protectifs de l’organisme contre la toxicité des radicaux libres (RL) montre un échec, l’action des radicaux libres devient incontrôlable, ce qui conduit à des dommages au niveau des molécules, des cellules, des organes et potentiellement à la mort de l’organisme (Durackova, 2008). La conséquence des effets nocifs des RL et des métabolites réactifs est dite « stress oxydant » .Ce terme est défini initialement comme étant « Un déséquilibre profond de la balance entre les prooxydants et les antioxydants en faveur des premiers » (Baskin et al., 1994 : Barouki , 2006 ; Jenkins et al., 2007 ). Cette définition ne signale aucun effet délétère d’un tel changement sur la fonction des tissus et n’indique pas l’origine de ce déséquilibre s’il est dû à une augmentation de la production des oxydants ou à une diminution de la capacité réductrice des tissus (Kehrer , 1993;Barouki , 2006).
D’autres chercheurs ont dit que le stress oxydant désigne un état caractérisé par une augmentation de la génération des ROS (reactive oxygen species) en ajoutant que ce terme est synonyme du dommage (Kehrer, 1993).
Selon les points de vue actuels, le stress oxydant peut être défini comme étant « un déséquilibre entre la production et l’élimination des métabolites réactifs de l’oxygène et du nitrogène en faveur de leur production conduisant à des dommages potentiels (Durackova, 2008) et à des dégâts cellulaires irréversibles ».
Le stress oxydant et les pathologies
Le stress oxydant est potentiellement impliqué dans de nombreuses maladies comme facteur déclenchant, ou associé à des complications lors de leur évolution. Ces pathologies peuvent découler d’intoxications chimiques et médicamenteuses, d’exposition à des rayonnements, d’un syndrome d’hyperoxygènation, de phénomènes inflammatoires. La multiplicité des conséquences médicales de ce stress oxydant vient du fait que de nombreux organes ou tissus peuvent devenir la cible d’un stress oxydant .
Le stress oxydant est impliqué dans le développement des maladies comme : le cancer, les maladies neurodégénératives et le vieillissement accéléré. Il est admis que le stress oxydant est un facteur potentialisant l’apparition de maladies multifactorielles comme les maladies cardiovasculaires, le diabète, et la maladie d’Alzheimer. Si le stress oxydant est réellement un facteur déclenchant ou participant au déclenchement de ces pathologies, il est logique de penser que la prise d’antioxydant peut retarder, prévenir l’apparition de telles maladies. De même, des études ont montré que le vieillissement s’accompagne d’une diminution des défenses antioxydantes, d’une augmentation de la production des ROS, et d’une diminution des systèmes de réparation et de dégradation des constituants oxydés.
Une étude épidémiologique a montré très clairement que la consommation régulière des antioxydants permet de diminuer l’incidence de l’apparition d’un stress oxydant et ces maladies.
Les systèmes de défenses antioxydantes
Les antioxydants au sens large représentent l’ensemble des molécules susceptibles d’inhiber directement la production, de limiter la propagation ou de détruire les ERO . Ces antioxydants peuvent agir en réduisant ou en dismutant ces espèces, en les piégeant pour former un composé stable. Une fois les taux des ERO fortement baissés, les systèmes enzymatiques interviennent et permettent la réparation.
Il existe 3 types de défenses : Les enzymes qui existent à l’état endogène, défendent les cellules contre les radicaux libres. Les principaux systèmes enzymatiques comprennent les superoxydes dismutases (SODs), la catalase (CAT), les peroxydases oxydases et réductases (GSH-Px et GRase) et le système thiorédoxine/thiorédoxine réductase.(Dans ce système, nous allons aborder la CAT, et les GSH-Px en détail.)
Les protéines chélatrices du fer comme la transferrine et l’hémosidérine ou du cuivre comme la céruloplasmine et l’albumine. Ce système bloque les ions métalliques impliqués dans la réaction de Fenton.
Les molécules antioxydantes ou piégeurs de radicaux libres comme la vitamine E connue pour son activité antiradicalaire très puissante. Elle intervient au niveau des membranes lipidiques. Comme autres molécules piégeur on peut citer la vitamine C, les caroténoïdes, l’acide urique, le glutathion et les thiols, les métallothionéines. La vitamine E et la vitamine C vont être abordées en détail.
Table des matières
INTRODUCTION
SYNTHÉSE BIBLIOGRAPHIQUE
CHAPITRE I : LE CADMIUM
1-Le cadmium
1-1- Généralités
2- Caractéristiques physico-chimiques
2-1- Cadmium métallique
2-2- Sels de cadmium
3- Sources d’exposition et utilisations
4- Métabolisme
4-1- Voies de pénétration
4-2- Absorption, distribution, métabolisme et élimination
5-Toxicité
5-1-Toxicité aiguë
5-2- Toxicité chronique
5-2-1- Les os
5-2-2- Les poumons
5-2-3- Les reins
5-2-4- Le cœur
5-2-5- Le système nerveux
5-2-6- Le foie
5-2-7- Les testicules
5-2- 8 Cancérogénicité et génotoxicité du cadmium
6- Radicaux libres générés par le cadmium
CHAPITRE II : LE STRESS OXYDATIF
1- Définition
2- Les espèces réactives de l’oxygène
3- Les cibles biologiques du stress oxydant
3-3-1- Les lipides
3-3-2- Les protéines
3-3-3- Les acide nucléiques
4- Le stress oxydant et les pathologies
5- Les systèmes de défenses anti-oxydantes
5-1- Les systèmes antioxydants enzymatique
5-1-1- Superoxydes dismutases (SODs)
5-1-2- Glutathion peroxydase (GPx) et réductase (GR)
5-1-3-Catalase
5-2- Les systèmes antioxydant non enzymatiques
5-2-1- Oligoéléments
5-2-2- Glutathion
5-2-3- Vitamine E
5-2-3- 1 – Structure
5-2-3- 2- Métabolisme
5-2-3- 3- Fonction
5-2-4- vitamine C
5-2-4 -1 -Structure
5-2-4 -2 – Métabolisme
5-2-4- 3 – Fonctions
PARTIE PRATIQUE
CHAPITRE I : MATÉRIELS ET MÉTHODES
1- Matériel biologique et conditions d’élevage
2- Protocole expérimental
3-. Sacrifices et prélèvements des organes
3-1- Prélèvement sanguin
3-2-Prélèvement des organes
4-Méthodes de dosage des paramètres biochimiques
4-1- Dosage du glucose
4-2- Dosage du cholestérol
4-3- Dosage des triglycérides
4-4- Dosage des lipides totaux
4-5- Dosage des protéines totales
4-6-Dosage d’albumine
4-7- Dosage de la créatinine
4-8- Dosage de l’urée
4-9- Dosage de l’acide urique
4-10- Dosage d’Alanine aminotransférase (ALAT/TGP)
4-11- Dosage d’Aspartate aminotransférase (ASAT/TGO)
4-12- Dosage de la phosphatase alcaline (PAL)
4-13- Dosage de du calcium
4-14- Dosage de la bilirubine total et directe
4-15- Préparation de l’homogénat
4-16- Dosage du glutathion
4-17- Dosage des protéines
4-18- Dosage de l’activité enzymatique du glutathion peroxydase (GSH-Px)
4-19- Dosage de l’activité enzymatique de la catalase
5- Evaluation de la toxicité hématologique
6- Technique histologique
7- Exploitation statistique des résultats
CHAPITRE II : RÉSULTATS
CHAPITRE III: DISCUSSION
CONCLUSIONS
PERRISPECTIVE
BIBLIOGRAPHIE
